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Kraftmaschine mit einem oder mehreren um eine mittlere, die Kraft
abgebende Welle . _ kreisenden Zylindern . Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine
mit einem oder mehreren um :eine mittlere, die Kraft abgebende Welle kreisenden
Zylindern, bei der die Zylinder und Kolben außer der kreisenden Bewegung noch eine
Relativbewegung gegeneinander ausführen. Da. bei jeder Kolbenmaschine die in der
Druckkammer erzeugte Kraft in gleicher Stärke auf den Kolben wie auf die Zylinderstirnfläche
wirkt, bei einer Maschine der vorliegenden Art jedoch nicht der eine dieser beiden
Teile ortsfest angeordnet ist und daher als '%Viderlager für die Bewegung des anderen
Teiles dienen kann, so werden beide Teile mit gleicher Kraft -um einen gleichen
Weg in entgegengesetztem Sinne gedreht. In bezug auf die Umlaufachse der ganzen
Vorrichtung wird also der eine Teil ebensosehr beschleunigt, wie der andere verzögert
wird. Auch mittels eines Planetengetriebes, das bereits als Abhilfe vorgeschlagen
worden ist, wird dieser Mißstand nicht ohne weiteres behoben. Es muß vielmehr noch,
um eine Drehung der Maschinenwelle zu erreichen, der Kurbelkreis stets kleiner sein
als der Teilkreisdurchmesser des Planetenrades, da andernfalls der nachlaufende
Teil keine Verzögerung erfährt, sondern zeitweise eine größere Beschleunigung, so
daß er dann zurückläuft.
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Hieraus ergibt sich, daß der Kurbelpunkt, an .dem der den nachlaufenden
Teil haltende Arm angelenkt ist, vom Augenblick der Zündung,des in .der Zylinderkammer
befindlichen Gasgemisches mit einer Brennkraftmaschine der obererwähnten Art sich
zwischen dem Kurbeldrehpunkt und dem Berührungspunkt der Zahnräderteilkreise befinden
muß. Dann bildet die Kurbel sozusagen einen Träger auf zwei Stützen oder ein Knie.
Da nun die Kammerdruckkraft- an dem voranlaufenden Teil stets senkrecht angreift,
die Schubstange an dem nachlaufenden Arm aber unter einem Winkel, so ist .die auf
den Kurbeldrehpunkt und somit auf den treibenden Teil wirkende Kraft um eins durch
den Cosinus dieses Winkels größer als die Triebkraft; diese Kraft wirkt zurückdrehend.
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Eine vorteilhafte Kraftwirkung ist also bei einer Maschine der hier
erwähnten Art nur möglich, wenn sich der Kurbelangriffspunkt vom Augenblick der
Kraftwirkung, also # von der einen Kolbentotlage an, dem Berührungspunkt der Zahnräderteilkreise
nicht nähert, sondern vielmehr ven.ihm entfernt. Das ist der Fall, wenn der Kolben
über eine Schubstange und einen Hebel mit der Welle verbunden ist und der Zylinder
mit einer die Welle umfassenden Hülse versehen . ist, an der ein Zahnradsegment
angeordnet ist, das mit ,einem an einem Hebel befestigten Zahns@egm,ent in Eingriff
steht, und wenn der Hebel m einem mit der Welle fest verbundenen Kör.per drehbar
gelagert ist und über eine Schubstange von einer im Körper gelagerten Kurbel, die
von einem auf ihrer Welle sitzenden, mit 4 einem festen Innenzahnkranz in Eingriff
stehenden Zahnrad angetrieben wird, eine hin und her gehende Bewegung erhält.
Zweckmäßig
schneidet dabei die Achse des Zylinders mit ihrem nach dem Kolben hin gewandten
Teil den Umlaufkreis des Zapfens, an dem der Kolben aasgelenkt ist.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, dtl' Kolbenhub in sehr einfacher
Weise zu ändern, was bisher nur durch Auswechseln des Kurbeltriebes möglich war;
gemäß der Erfindung genügt hierzu eine Veränderung des L: bersttzungsverhältnisses
in der Verzahnung zwischen dem Hebel und dem den anderen Teil haltenden Arm. Weiter
ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit, bei Brennkraftniaschinen die Brennstoffzufuhr
und den Auspuff- zu verbessern, indem an dem einen der beiden umlaufenden Teile
in bekannter Art eine Gebläsevorrichtung angeordnet wird.
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Die im vorstehenden genannten Cbertragungsmittel zwischen Zylinder
und Kolben bzw. den diese haltenden Armen können auch anders als hier angcfgeben
angeordnet und verbunden sein.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und
zeigt in Abb. i eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt, Abb. 2 und 3 Schnitte nach
den Linien 11- I I und 111-III der Abb. z, Abb. 4. eine Art der Brennstoffzuführung.
In dem Gestell i (Abb. i) ruht die Welle 2 in den Lagern 3 und .1. Auf ihr ist der
Arm 5 aufgekeilt und die Riemenscheibe 6 sowie der Körper 8, der exzentrisch zur
Wellenachse die Kurbel 9 und den Zapfen io trägt, auf dem der Hebel 1 i sitzt.
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Ferner ist auf der Welle 2 drehbar die Hülse 12 gelagert, welche an
ihrem einen Ende zu der Kammer 13 mit dem sich daran anschließenden Zylinder 14
ausgebildet ist. Der in letzterem laufende Kolben 15 ist mittels der Schubstange
i6 am Arm 5 aasgelenkt. Auf der Hülse 12 ist an die Kammer 13 das Flügelrad 17 befestigt,
das in der am Gestell i angeordneten Gebläsekammer 18 umläuft. Aus der Gebläsekammer
18 führt die Leitung i9 hinaus. Ebenso ist auf der Hülse 12 an der Kammer
13 eine Ringkammer 2o angeordnet, `von welcher das Rohr 21 zu der Bohrung
22 im Zylinder 14 führt. In die Ringkammer 2o führt das am Gestell i befestigte
Rohr 23, welches mit dem nicht dargestellten Vergaser in Verbindung steht.
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Das andere Ende der Hülse 12 trägt das Segment 24, das mit einem anderen
Segment 25 in Eingriff steht, welches das eine Ende des Hebels i i bildet.
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Die Kurbel 26 hat einen längeren Hebelarm als die Kurbel 9, und beide
Kurbelzapfen sind durch die Stange 27 miteinander verbunden. Auf der Kurbelwelle
9 ist das Zahnrad 28 aufgekeilt, welches mit dem ortsfesten, am Gestell i gleichachsig
mit der Welle 2 angeordneten Zahnkranz 29 in Eingriff steht. '.cim Umlauf der Welle
2 kreist die `Felle ,0er:Kurbel9 um die Achse der Welle 2, und `üas@ Zahnrad 28
rollt sich planetenartig am Zahnkranz 29 ab, welche Bewegwngen die Kurbel 9 mitmacht.
Dabei schwenkt sie mittels der Kurbelstange 27 den Hebel 25, 26 hin und her, da
infolge der größeren Armlänge der Kurbel 26 diese immer nur einen kleineren
Winkel beschreibt als die Kurbel g.
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Das Segment 25 dreht infolgedessen das Gegensegment 24 ebenfalls hin
und her; diese in bezug auf die Welle 2 hin und her schaukelnde Drehung macht die
Hülse 12 nebst dem Zylinder 14 mit, und dadurch wird der Kolben 15 im Zylinder 14
hin und her geschoben. In bezug auf die ortsfesten Teilt der Vorrichtung führt die
Hülse 12 also eine taumelnde Drehung aus, wobei sie sich, im ganzen genommen, im
Umlaufsinn der Welle 2 voranbewegt; da die Hülse 12 keinerlei Verbindung mit ortsfesten
`feilen besitzt, sondern nur auf der Welle 2 aufliegt, kann sie ihre ungleichmäßige
Drehbewegung ungehindert ausführen und sich dabei völlig nach dem ihr von den beiden
Kurbein g und 26 übermittelten Antrieb richten.
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Der Zylinder 14 besitzt nahe seinem offenen Ende die beiden Bohrungen
22 und 3o, von denen die nach innen gerichtete Bohrung 30 in das Verbindungsrohr
3i führt, «-elches durch Durchbrüche 32 mit dem Flügelrad 17 in Verbindung steht,
während die Bohrung 22 durch das Rohr 21 zu der Riligkammer 2o führt. An der geschlossenen
Zylinderstirnwand ist die Zündkerze 3 3 vorgeseben, der mittels eines nicht dargestellten,
auf der Hülse 12 angeordneten Schleifringes der Zündstrom von einer ortsfesten Stromduelle
bekannter Art zugeführt wird.
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Ist der Kolben 15 ganz aus dein Zylinder 14 herausgeschoben, so gibt
er die beiden Bohrungen 22 und 3o frei. Das unilaufende Flügelrad 17 erzeugt dauernd
eine Saugwirkung auf das Verbindungsrohr 31, da es die Luft aus der Gebläsekamnier
18 durch die Leitung i9 hinaustreibt. Der in dein Verbindungsstück 31 herrschende
Unterdruck saugt daher, sobald die Bohrungen 22 und 30 von dem Kolben 15
freigegeben werden, einen kräftigen Strom von Luft durch den Zylinder 14, und da
die Bohrungen 22 und 3o in Winkel zueinander in den Zylinder 1.1 münden, wird dabei
das im Zylinder enthaltene verbrannte Gas herausgesaugt und gleichzeitig dieser
durch die Bohrung 22 aus der Ringkammer 2o und dem Rohr 23 vom Vergaser finit frischem
Bi-ennstoif-1_uft-Geniiscli gefüllt;
es findet also eine kräftige
Spülung der Verbrennungskammer statt.
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Schiebt sich jetzt der Kolben 15 nach dem Zylinderkopf zu, so schließt
er die beiden Bohrungen 22 und 30, und das im Zylinder 14 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch
wird sodann in bekannter Weise verdichtet, worauf beim Erreichen der inneren Kolbenendlage
die Zündung erfolgt.
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Bei dieser Kolbenendlage steht die Kurbel 9 in der in Abb. 3 dargestellten
Totlege. Dreht sie sich jetzt im Sinne .des Pfeiles, so vergrößert sich in bekannter
Weise der Hebelarm, mit dem auf die Schubstange 27 Kraft ausgeübt wird. Zugleich
verkleinert sich aber der Hebelarm zwischen dieser Schubstange 27 und dem Zapfen
i o, so daß also die Kraftauswirkung eine Verzögerung erfährt.
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Wird die Kraftwirkung durch eine Verbrennung im Zylinder 14 hervorgerufen,
so wirkt sie sich in gleicher Stärke, aber in entgegengesetzter Richtung auf Kolben
und Zylinderstirnwand aus, und die von beiden Kräften ausgehenden Wirkungen treffen
in der Schubstange 27 oder einem anderen Teil der Kopplung zwischen Kolben und Zylinder
derart zusammen, daß sie im gleichen Sinne wirken, sich also gegenseitig unterstützen.
Durch die erwähnte Verzögerung, welche mit dem Segmentenpaarerreicht wird, wird
die Kraftwirkung über einem längeren Drehwinkel verteilt und damit der Welle 2 ein
gleichmäßiges Drehmoment gegeben.
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Da außerdem die Hülse 12 keinerlei anderes Widerlager findet, geht
der ganze von ihr ausgeübte Druck auf die Welle 2 über und wird völlig in Unterstützung
des Antriebes umgesetzt. Auf die ortsfeste Lagerung wird keinerlei Dre moment .oder
Druckkraft ausgeübt; diese Lagerung wird nur durch das Gewicht der Welle 2 und der
auf ihr sitzenden Teile belastet. Diese Belastung .der Lager 3 und 4 ist beim Umlauf
genau die gleiche wie beim Stillstand der Maschine, so daß die. :erzeugte Leistung
restlos, von der geringen Reibung der sich bewegenden Teile auf ihren Lagerflächen
abgesehen, mittels der Riemenscheibe 6 nutzbar gemacht werden kann.
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Die Weile 2 besitzt mitsamt der an ihr befestigten .oder angelenkten
Teile eine, hinreichende Masse, um durch ihre Trägheit eine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit
beim Umlauf sicherzustellen. Diese Gleichförmigkeit kann nötigenfalls in bekannter
Weise durch ein Schwungrad vermehrt werden oder noch besser durch Anordnung mehrerer
Zylinder an der Hülse 12, wobei diese in bekannter Weise um je ,einen Winkel gegeneinander
versetzt sind.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Verbren:nungsprozeß
im Zweitaktverfahien durchgeführt; er kann auch im Viertaktverfahren vonstatten
gehen, wobei dann durch eine entsprechend gestaltete Steuerung die Bohrung
30 jedes zweitemal geschlossen gehalten. werden muß.
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Eine andere Art der Brennstoffzuführung zeigt Abb. 4. Bei dieser Ausführung
wird das frische Brennstoff-Luft-Gemisch nicht durch die Säugkraft des Flügelrades
17 dem Zylin-.der zugeführt, sondern durch :eine Brennstoffpumpe. An Stelle der
Ringkammer 2o ist an der Kammer 13 die Brennstoffpumpe 34 befestigt. Von der Pumpe
führt die Druckleitung 35 zu der Einspritzdüse 36 im Zylinder 14. Die Einspritzdüse
36 ist unmittelbar über der Bohrung 22 im Zylinder 14 angeordnet. Am Gestell i ist
ein feststehender Ring 37 mit :einem Nocken 38 zum Antrieb .des Pumpenkolbens 39
befestigt. Durch die Leitung 40 wird der Brennstoff einem Ringkanal41 zugeführt,
aus welchem der Brennstoff durch den Saugkanal 42 in den Pumpenzylinder gelangt.
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Beim Umlauf der Kammer 13 und somit auch der Pumpe 34 Wird der Pumpenkolben
39 von dem Nocken 38 in dem Zylinder hin und her geschoben, wobei der Kolben 39
Brennstoff aus dem Ringkanal 4 i saugt und dann durch die Leitung 35 und die Düse
36 in den Zylinder 14 preßt. Bei dieser Art d--r Brennstoffzuführung mündet die
Bohrung 22 in die Außenluft. Von dem Flügelrad 17 wird somit nur das verbrannte
Gas ab- und Frischlufteingesaugt. Schließt nun der Kolben 15 die beiden Bohrungen
22 und 3o, so wird von der Brennstoffpumpie 34 durch die Düse 36 Brennstoff zugeführt,
der sodann zusammen mit der Luft verdichtet wird, worauf beim Erreichen der inneren
Kolbenendlage die Zündung erfolgt.
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Soll die Maschine im Dieselverfahren arbeiten, so ist die Brennstoffeinspritzdüse
36 an das Kopfende des Zylinders zu verlegen. Für Dampfbetrieb endlich sind die
Dampfventile gleichfalls entsprechend anzuordnen.
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Eine besonders günstige Kraftwirkung wird ferner dadurch erreicht,
daß der Zylinder schräg zu dem .den Kolben fassenden Arm angeordnet wird, so daß
also die Zylinderachse den Umlaufkreis des Zapfens 44 schneidet, an dem der Kolben
angel@enkt ist. .
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies der Fäll, wie Abb.
2 zeigt.